【摘 要】
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需求日益增加的轻量化设计生产常常需要使用不同的材料满足强度、减重和碰撞性能的标准。铝合金与不锈钢的连接件不仅可以结合两种材料的优势性能,还能够有效降低结构件的重
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需求日益增加的轻量化设计生产常常需要使用不同的材料满足强度、减重和碰撞性能的标准。铝合金与不锈钢的连接件不仅可以结合两种材料的优势性能,还能够有效降低结构件的重量、扩展零件的功能、延长零件的疲劳寿命和减少稀有贵重金属的使用,在传统的工业制造中有着很好的应用前景。本文通过研究磁脉冲连接过程的变形行为,在数值模拟的基础上指导工艺试验,分析表面镀层对磁脉冲接头连接区的影响。通过有限元软件ANSYS分析铝合金-不锈钢在变形连接过程的运动加速碰撞过程,分析了放电电压、管件径向间隙、内管搭接的端部位置等工艺参数对接头连接效果的影响规律,选择适合连接的参数进行磁脉冲变形连接试验。再通过流体动力学(SPH)方法对冲击接触过程界面的变形行为进行研究,探索磁脉冲变形连接界面形貌的形成机制。对待连接管件的内管进行电镀处理,完成3A21铝合金与304不锈钢管的磁脉冲连接。再使用20#钢管代替不锈钢内管,在20#钢管表面进行镀镍处理与镀铜处理,在光学显微镜下观察分析不同的镀层对连接长度的影响。对3A21铝合金管与不锈钢管的预试验发现,管件搭接轴向对连接的均匀性影响很大,轴向精度差将会导致连接区不均匀的现象,通过设计特定的工装提高轴向精度后,管件的连接不均匀现象被明显改善,呈现良好的机械剥离性能。在光学显微镜下观察界面形貌,测量连接区的长度发现镀镍层可以有效提高(44%)不锈钢与铝合金的连接长度,对20#钢的连接长度提升效果有限。通过SEM观察磁脉冲接头的连接界面发现:界面分为带过渡层界面和不带过渡层界面。对带有过渡层的界面进行组织分析发现,带过渡层的界面上发生了元素之间的相互扩散,扩散区域宽度约20μm。结合数值模拟可以得知,微观组织缺陷的形成和两种母材之间发生冲击碰撞之后铝合金母材上产生的“射流”有很大的关系,界面形貌呈现波状的原因在于界面在互相冲击碰撞的瞬间处于“高温”、“高压”的物理状态。
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